短期梯级水电优化调度的逐次逼近法

受到水电站的出库流量的影响,梯级水电站间的水流滞时是动态变化的,如果将水流滞时作为常数考虑,会导致水电优化调度结果的偏差。将水流滞时表示成电站出库流量的函数形式,建立了考虑动态水流滞时的短期梯级水电优化调度模型。动态水流滞的引入,使得短期梯级水电优化调度中的优化变量在大小和时间两个维度上变化,采用常规算法直接求解困难。针对所建立模型的特点,提出了结合逐次逼近法和混合整数线性规划法的求解方案,以逐次逼近法构造了逐步逼近精确水流滞时的迭代流程,迭代流程中每次迭代为一个常规短期梯级水电优化调度问题,采用混合整数线性规划法进行求解。一个两电站测试系统和某8水库的实际梯级水电系统的算例结果表明了所提出模型和方法能够有效提升梯级水电系统的经济效益。     

短期梯级水电优化调度的逐次逼近法

受到水电站的出库流量的影响,梯级水电站间的水流滞时是动态变化的,如果将水流滞时作为常数考虑,会导致水电优化调度结果的偏差。将水流滞时表示成电站出库流量的函数形式,建立了考虑动态水流滞时的短期梯级水电优化调度模型。动态水流滞的引入,使得短期梯级水电优化调度中的优化变量在大小和时间两个维度上变化,采用常规算法直接求解困难。针对所建立模型的特点,提出了结合逐次逼近法和混合整数线性规划法的求解方案,以逐次逼近法构造了逐步逼近精确水流滞时的迭代流程,迭代流程中每次迭代为一个常规短期梯级水电优化调度问题,采用混合整数线性规划法进行求解。一个两电站测试系统和某8水库的实际梯级水电系统的算例结果表明了所提出模型和方法能够有效提升梯级水电系统的经济效益。     

现货市场环境下低水头梯级水电群精细化建模出清方法

梯级水电站间存在水力时空耦合关系,低水头电站调节性能较弱,在日尺度范围内水头变化较大,耗水率也随之变化,因此,在日前现货出清模型中不宜通过全天固定耗水率对低水头电站进行梯级水电约束简化处理。结合广西电网电力市场需求,以全社会购电成本最小及优先消纳清洁能源为优化目标,充分考虑低水头电站的水力特性曲线等复杂约束并对其进行线性化处理,构建基于梯级水电群精细化建模的日前出清模型,并调用商业优化求解器对模型进行求解。将广西电网34座水电站、101座新能源电站和47台火电机组的真实日发电计划边界数据作为参考,仿真结果表明所建模型能适应低水头电站的水头波动特性,反映梯级水电站之间出力和库容的联动关系,提升低水头梯级水电群的可发电能力。     

计及可传输容量的梯级水电站优化调度

针对流域梯级水电站优化调度的特点,提出了计及ATC影响的梯级水电站优化调度模型。根据电网典型运行方式和上一时间段的调度情况,利用最优潮流计算水电上网通道的ATC容量。将ATC容量约束直接引入到梯级水电站优化调度模型中,利用粒子群优化算法的全局寻优能力对梯级水电站中长期优化调度进行寻优。以四川某流域梯级的4个电站优化调度为例,计算结果表明采用所建模型和方法能够有效提高梯级水电站发电量和发电收益。     

梯级水光互补系统最大化可消纳电量期望短期优化调度模型

充分发挥流域梯级水电的调节作用，实现梯级水光系统的互补联合发电是促进清洁能源消纳的重要途径。文中考虑光伏出力不确定性，以整体可消纳电量期望最大为目标，提出了梯级水光互补系统的短期优化调度模型。该模型以机组为最小调度单位，精细化建模了电站约束、机组约束以及电网约束，通过梯级负荷在电站和时段间的合理调配，挖掘梯级水电的电网供电支撑和光伏互补协调双重作用，提升互补系统整体消纳水平。模型求解方面，采用分段线性逼近、引入0-1整数变量、发电水头离散等线性化方法和建模技巧处理模型中的非线性约束，将原模型转换为混合整数线性规划问题，并在Java环境中采用CPLEX工具实现求解。最后，以参考中国西南地区某流域梯级的4个水电站15台机组以及2个光伏群构建的互补系统为例，验证了所提模型和求解方法的有效性。     

考虑来水多区间不确定集的跨年梯级水电鲁棒优化调度

中长期来水的不确定性以及时序相关性是影响跨年梯级水电优化调度的重要因素。为了保证所有可能来水情况下系统均能更好地优化调度,在跨年的梯级水电优化调度中引入鲁棒优化理论。同时考虑到梯级水电站之间来水的时序分布特性以及流域相关性,提出多区间不确定集来描述水电运行的随机因素,克服传统鲁棒优化的保守性。最终构建经济性和安全性协调的两阶段鲁棒优化模型,并结合对偶理论及混合整数二次规划法获得具有鲁棒可行性的优化调度方案。算例分析表明,所提跨年梯级水电的鲁棒优化调度方法比场景规划法求解效率更高,并且多区间不确定集可以有效改善调度方案的经济性。     

耦合调峰与通航需求的梯级水电站群短期多目标优化调度的MILP方法

电网调峰任务与河道通航需求间的矛盾是水电航运梯级调度时所面临的突出问题,区间回水的顶托作用增大了该问题的复杂性。建立考虑回水影响的梯级水电站群短期多目标优化调度的混合整数线性规划模型,模型以剩余负荷平均距与下游尾水位平均距最小为目标,在将非线性约束通过函数聚合后,利用六面体栅格化技术与第二类特殊有序集约束方法实现该约束的线性化。利用法线边界交叉方法对模型进行求解。算例结果表明,所提方法可以充分计及回水顶托的影响,兼顾调峰与通航需求,高效求解多目标调度问题并获得较理想的结果。     

雅砻江–金沙江–长江梯级水电站群联合调度图研究

水库调度图是水库运行的重要指导工具,现有研究主要集中在单库调度图或单梯级联合调度图,针对多子梯级水电站群联合调度图研究较少。本文围绕雅砻江–金沙江–长江梯级水电站群联合调度问题,考虑以子梯级龙头电站作为各子梯级调控主导电站,结合二滩、溪洛渡、向家坝和三峡水电站单库调度图,以"龙头电站水位-梯级总出力"形式编制形成各子梯级初步调度图;在此基础上,结合水库蓄放水判别系数K值的梯级出力分配方式,提出基于联合调度图的梯级电站模拟调度规则,以子梯级和整个流域梯级水电系统多年平均发电量最大为目标,建立梯级水电站群联合调度图优化模型,采用自适应离散微分逐步优化算法进行模型求解,获得雅砻江-金沙江-长江梯级水电站群最优的联合调度图,并进行整个流域水电站群联合调度模拟。计算结果表明,该联合调度图可以在兼顾各子梯级保证出力的同时,有效增加整个流域水电系统的总发电效益。     

考虑机组组合的梯级水电站短期调峰MILP模型

为缓解日益增大的电网调峰压力和满足愈发复杂的水电并网和调度需求,构建了一种能够考虑机组状态的梯级水电站短期调峰模型。该模型以机组为基本调度单元,以电网剩余负荷最大值最小为目标,综合考虑了水库运行约束、电网安全约束、机组运行限制和不同水头对机组发电效率的影响,实现了精细化调度。针对模型中的调峰目标函数、机组发电水头、机组运行组合振动区以及机组动力特性曲线等非线性因素,提出了相应的线性化处理策略,将原模型转换为标准混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)模型,然后使用商业优化软件包LINGO对模型进行求解。以乌江干流梯级水电站为研究对象的计算实例表明,该模型具有较高的求解精度和计算效率,调峰效果十分显著。     

考虑备用情况下的梯级水电站竞价策略研究

采用科学合理的竞价策略是赢得市场先机的重要先决条件。该文在考虑备用调用不确定性及梯级水电水力约束的基础上,以梯级水电站整体期望收入最大化为目标构建了梯级水电竞价策略模型,引入粒子群算法作为模型求解算法,并以四川省大渡河流域上的瀑布沟、深溪沟梯级水电站为算例,采用该文提出的模型算法进行验证,结果表明：承担备用任务的梯级水电在竞价过程中,受梯级水力约束的影响,梯级电站申报量最值与市场价格峰值出现时刻并不同步,但整体上市场价格高时较市场价格低时申报量更高;运用该文构建的模型能得到合理的优化调度竞价结果,能充分发挥上游电站的调节能力和下游电站的发电潜力,最大限度地挖掘梯级电站联合运行所产生的效益,在考虑备用调用不确定性下梯级期望总收入为2 469万元。     

基于总体协调满意度的水火电力系统多目标短期优化调度

水火电力系统多目标优化调度符合国家节能减排的政策导向,在考虑整个系统梯级水电站发电效益最大化、火电机组发电成本最小化和梯级水电站发电用水最小化的目标同时,考虑了火电机组二氧化碳排放最小化的优化目标。针对水火电力系统短期优化运行调度中目标函数的权重处理困难的因素,采用一种基于目标函数总体协调满意度的处理方法,通过采用自然选择机制策略和异步学习因子策略提高算法的性能。以5个梯级水电站和4台火电机组组成的水火电力系统为实例进行计算．优化仿真计算证明了所提出的优化调度模型和求解算法具有可行性和适用性。     

综合环境保护及峰谷电价的水火电短期优化调度

为了使电力市场环境中的发电侧能够实现节能环保且高收益的发电目标,对机组出力变化与分时电价波动之间的关系进行了研究,构建了一种新的水火电短期优化调度模型,该模型以实现电力市场条件下最大发电收益为目标,同时综合考虑了峰谷分时电价和环境保护成本对发电侧经济效益的影响,还考虑了梯级水电站群的蓄水量、下泄流量、机组出力等约束条件,由此得出机组的优化调度方案。针对传统优化算法难以处理高维梯级水电站优化调度多约束条件的缺陷,利用微分进化算法对此优化模型进行求解,仿真计算结果证明了该模型的合理性和算法的有效性。     

Scheduling hydro power systems with restricted operating zones anddischarge ramping constraints

An optimization-based algorithm is presented for scheduling hydro power systems with restricted operating zones and discharge ramping constraints. Hydro watershed scheduling problems are difficult to solve because many constraints, continuous and discrete, including hydraulic coupling of cascaded reservoirs have to be considered. Restricted or forbidden operating zones as well as minimum generation limits of hydro units result in discontinuous preferred operating regions, and hinder direct applications of efficient continuous optimization methods such as network flow algorithms. Discharge ramping constraints due to navigational, environmental and recreational requirements in a hydro system add another dimension of difficulty since they couple generation or water discharge across time horizon. Integrated consideration of the above constraints is very challenging. The key idea of this paper is to use additional sets of multipliers to relax discontinuous operating region and discharge ramping constraints on individual hydro units so that a two-level optimization structure is formed. The low level consists of a continuous discharge scheduling subproblem determining the generation levels of all units in the entire watershed, and a number of pure integer scheduling subproblems determining the hydro operating states, one for each unit. The discharge subproblem is solved by a network flow algorithm, and the integer scheduling problems are solved by dynamic programming with a small number of states and well-structured transitions     

梯级水电站优化调度方法综述

梯级水电站的优化调度一直是水电优化调度和水火电力系统发电计划中的难点。经过多年的发展,梯级水电优化调度的数学模型日益精确,逐渐贴近实际。文中比较了梯级水电优化调度的确定性模型和随机模型,并着重探讨了确定性模型。由于模型的复杂性,从理论上找到全局最优解存在困难,对算法提出很高的要求。文中对各种用于求解梯级水电站优化调度的算法进行了综述,将其分为经典算法、现代智能优化算法和混合算法三类,比较了各类算法的优缺点。在经典算法中,逐次规划法的应用较为广泛。同时,以遗传算法为代表的智能算法在求解梯级水电优化调度问题时也取得了比较令人满意的结果,成为当前研究的热点。伴随着世界范围内电力市场改革热潮的兴起,新的市场环境给传统的梯级水电优化调度提出了新的要求,市场环境下的梯级水电优化调度成为一个新的发展方向。     

A multi-objective short term hydropower scheduling model for peak shaving

The short-term scheduling problem of a hydropower system in China Southern Power Grid (CSG) is studied. As one of the largest in China, the system consists of 92 hydro plants with total installed capacity of 41GW occupying 14.7% of the national hydropower capacity at the end of 2013. Abundant hydroelectricity of the system is transmitted from the western provinces to the eastern load centers in CSG. Obvious difficulties of the hydropower scheduling of CSG are large-scale system, complex constraints and multiple power receiving grids of single plants and cascaded systems due to huge capacity. A short-term hydropower scheduling model for peak shaving of multiple power grids is developed for the operations of the hydropower system of CSG. The model is composed of multi-objective optimal peak shaving (MOPS) model, inter grid power distribution (IGPD) model and load fluctuation balance (LFB) model. The MOPS model minimizes the maximum residual loads of each power grid in which the IGPD model is embedded to distribute power of a plant among several power grids. To solve the model, an aggregate function and a multi-objective fuzzy optimization model are combined to establish an alternative objective function, and a proposed constraint successively satisfying (CSS) algorithm is used to address the period coupling constraints in local search. A case study shows that the proposed approach is practicable, adaptable and robust to obtain near optimal results efficiently, and is applicable for large-scale hydropower systems with both multiple and single power receiving grids.     

计及发电权转让的梯级水电站短期优化调度

传统电力市场环境下,梯级水电站的短期优化调度方式简明直观、便于理解,但考虑因素不够全面,为此构建了电力市场环境下的梯级水电站短期优化调度模型,该模型考虑了发电权转让对梯级水电站短期优化调度决策的影响,且当存在发电权交易时兼顾了发电权出让方、受让方以及电网公司三方的经济利益,模型还考虑了梯级水电站的库容、水库水头、机组出力和电网公司购电费用等约束条件。梯级水电站短期优化调度为高维、有时滞且带有大量约束条件的非线性优化问题,因此采用微分进化算法对该优化模型进行求解。算例结果验证了该模型及算法的有效性。     

基于互补机制的水火电力系统机组组合

针对水火电力系统短期发电计划中火电机组的开停机组合与水电调度问题解法复杂性,提出以水电发电量最大、耗水量最小和火电煤耗量最小且具有时序的3个优化子问题的发电调度模型,综合考虑一个调度周期内系统机组的运行状态。基于解耦的水火电力系统优化模型不仅可以确定水电的最佳放水策略,也可以体现水电和火电互补作用,充分提高水火电力系统联合运行的经济性。针对水电系统强非线性特点,采用新型随机全局优化仿电磁学算法进行求解,对火电系统则采用改进微粒群优化算法进行求解。通过一个具有3个体积水电站和5个火电厂的水火电力系统的仿真分析,表明以互补机制为理论基础的优化模型的正确性及算法求解的有效性。     

An improved PSO technique for short-term optimal hydrothermal scheduling

This paper presents a new approach to the solution of optimal power generation to short-term hydrothermal scheduling problem, using improved particle swarm optimization (IPSO) technique. The practical hydrothermal system is highly complex and possesses nonlinear relationship of the problem variables, cascading nature of hydraulic network, water transport delay and scheduling time linkage that make the problem of finding global optimum difficult using standard optimization methods. In this paper an improved PSO technique is suggested that deals with an inequality constraint treatment mechanism called as dynamic search-space squeezing strategy to accelerate the optimization process and simultaneously, the inherent basics of conventional PSO algorithm is preserved. To show its efficiency and robustness, the proposed IPSO is applied on a multi-reservoir cascaded hydro-electric system having prohibited operating zones and a thermal unit with valve point loading. Numerical results are compared with those obtained by dynamic programming (DP), nonlinear programming (NLP), evolutionary programming (EP) and differential evolution (DE) approaches. The simulation results reveal that the proposed IPSO appears to be the best in terms of convergence speed, solution time and minimum cost when compared with established methods like EP and DE.     

基于互补机制的水火电力系统短期节能发电调度

为充分提高水火电力系统联合运行的经济性,将减少非可再生能源的使用量及降低火电成本为主要目标的水火电力系统短期发电调度问题,转化为水力发电量最大、耗水量最小和火力发电燃料总耗量最小且具有时序的3个优化子问题。该优化模型不仅可确定水电的最佳放水策略和火电的最佳出力,还可描述水电和火电的互补作用,充分体现节能和效益的理念。针对水电系统具有强非线性的特点,采用改电磁学算法进行求解,对火电子系统则采用内点法进行求解。算例结果验证了该方法的有效性。     

梯级水电系统组合优化调度方法研究

文章提出两种基于Ｌａｇｒａｎｇｅ松驰技术的梯级水电系统优化调度算法,能够综合处理离散运行区间,最小启停机时间等离散约束、水库间的水力耦合网络约束以及水头影响。基于实际系统数据的数值仿真,表明了该算法的有效性和实用性。